Определение количества горючего вещества, поступившего в помещение

 

Образование горючей смеси в рассматриваемом помещении обусловлено совместным появлением в нем достаточного количества горючего вещества (it или паров ЛВЖ) и окислителя (воздуха) с учетом параметров состояния (тем­пературы, давления и др.).

Определение количества горючего вещества (газа, пара, пыли) необхо­димо дляустановления их концентраций в объеме помещения и сравнения их значений с концентрационными пределами воспламенения (НКПВ, ВКПВ).

Массу паров жидкости m_n, поступивших в помещения от источника ис­парения (свободная поверхность открытой емкости, поверхность разлитой жидкости), можно определить по формуле

 

m_n = W×F×t_n, (1)

 

где W - интенсивность испарения, кг/с×м²;

F - площадь испарения, м²;

t_n - длительность испарения, с.

Интенсивность испарения W определяется по справочным и экспери­ментальным данным. Для ЛВЖ допускается рассчитывать интенсивность ис­парения по формуле

W = 10^-6×h× (2)

где h - коэффициент, принимаемый по таблице 1 в зависимости от ско­рости и температуры воздушного потока над поверхностью испаре­ния;

М - молярная масса

Р_н - давление насыщенного пара при критической температуре жидко­сти, определяемая по справочным данным или рассчитываемое, по уравнению Антуана, кПа.

 

Таблица 1 - Значение коэффициента h

Скорость воздушного поток в помещении, м/с	Температура воздуха в помещении, °С
	1,0	1,0	1,0	1,0	1,0
0,1	3,0	2,6	2,4	1,8	1,6
0,2	4,6	3,8	3,5	2,4	2,3
0,5	6,6	5,7	5,4	3,6	3,2
1,0	10,0	8,7	7,7	5,6	4,6

 

Уравнение Антуана позволяет определит Р_н, Па, по формуле

 

где t - расчетная температура жидкости, °С.

Гептан (С₇ Н₁₆): условная молекулярная масса М = 100,203; температура вспышки t_всп, = - 4 °С; нижний концентрационный предел воспламенения пара в воздухе при атмосферном давлении, приведенный к температуре 25 °С, % об; jн° = 1,074, параметры Антуана А = 6,95154; В = 1295,405; С_А = 219,819.

Гексан (С₆ Н₁₄): условная молекулярная масса М = 86,177; температура вспышки t_всп= - 23 °С; НП = 1,24 % об; ВП = 6,0 % об; параметры Антуана А= 6,87024; В = 1166,274; С_А = 223,661.

Концентрация горючего вещества в объеме помещения равна для паров ЛВЖ при отсутствии подвижности воздушной среды.

 

(3)

 

 

при подвижности воздушной среды

(4)

где С_n - концентрация насыщенных паров при расчетной температуре воздуха в помещении, об. %;

С_n=100× (5)

где Р_п - давление насыщенных паров при расчетной температуре, кПа; Р₀ - атмосферное давление, равное 101 кПа;

р_п - плотность пара при расчетной температуре, кг/м³;

V_cв - свободный объем помещения, принимаемый равным 80 % от геометрического объема помещения, м³.

В качестве расчетной температуры следует принимать температуру воздуха в данном помещении (допускается принимать ее равной 61°С).

Полученные концентрации горючего вещества сравниваются с НКПВ и ВКПВ.

НКПВ и ВКПВ различных горючих веществ определяются по справоч­ным данным или могут быть приближено рассчитаны по эмпирическим формулам

НП= (5)

ВП= (6)

где НП и ВП – соответственно нижний и верхний концентрационный предел взрываемости (воспламенения);

N – количество атомов водорода, необходимое для полного сгорания одной молекулы горючего компонента смеси, определяемое из реакции горения горючего компонента смеси.

Например для гептана

C₇Н₁₆ + 11О₂ ® 7СО₂ + 8Н₂О.

Следовательно, N = 11.

В зависимости от величины нижнего концентрационного предела взрываемости (воспламенения) принимаемых горючих газов и паров производства и помещения имеют различную степень пожарной опасности.

Согласно Нормам пожарной безопасности (НБП 105-95) все объекты в соответствии с характером технологического процесса по взрывоопасности подразделяются на 5 категорий.

 

Порядок выполнения работы

 

1. Экспериментально определить скорость испарения ЛВЖ (гептана) со свободной поверхности открытой емкости.

Для этого в стеклянный стакан налить 5-7 мл гептана, закрыть крышкой и определить массу стакана с ЛВЖ на весах. Открыть крышку и поставить от­крытый стакан в вытяжной шкаф на 30 мин (0,5 часа). По истечении этого времени вновь определить массу закрытого стакана с ЛВЖ и вычислить массу испарившейся жидкости

 

Dm = m₁ – m₂,

 

где m₁ и m₂ - масса стакана с ЛВЖ соответственно в начале и в конце опыта.

Определить скорость испарения ЛВЖ V_э, кг/ч по формуле

 

V_э =

где t_и - время испарения (0,5 часа).

2. Измерить внутренний диаметр стакана, вычислить площадь испарения ЛВЖ F, м².

Определить экспериментальную интенсивность испарения W_э по фор­муле

W_э=

Определить расчетную интенсивность испарения W пo формуле (2). Сравнить полученные экспериментальные и расчетные значения.

3. Вычислить массу паров ЛВЖ, поступившую в помещение от источни­ка испарения по формуле (1). Сравнить экспериментальные и расчетные дан­ные.

4. Рассчитать концентрацию С_о паров ЛВЖ в объеме помещения по формулам (3) и (4) для массы паров, полученной экспериментально, (Dm) и для рассчитанной массы паров (m_п).

5. Вычислить приближенные НКПВ и ВКПВ (НП и ВП) для гептана по формулам (5). Сравнить полученные значения с концентрацией паров С₀.

6. Вычислить НКПВ гептана при атмосферном давлении и температуре t паровоздушной смеси, % об., по формуле

 

(7)

 

где j_н° - 1,074 % об. (для гептана);

t - температура воздуха, измеренная в вытяжном шкафу, °С.

7. Определить максимальное количество паров ЛВЖ, поступивших в помещение, при выделении которого еще можно отнести помещение к пожа-ровзрывоопасным

(8)

где DР_доп - предельно допустимый рост давления для конструкции зданий и оборудования, допускается принимать DР_доп = 5 кПа;

c_ст - стехиометрическая концентрация горючего пара, % об.;

с_ст = 100 / (1 +4,84×b₁), (9)

где b₁ - стехиометрический коэффициент кислорода в реакции сгорания;

b₁= n_c + (n_H - n_x) / 4 - n₀ / 2,

где n_c, n_н, n_о, n_х - число атомов С, Н, О и галоидов в молекуле горючего;

DР_max - избыточное давление взрыва стехиометрической паровоз­душной смеси, допускается принимать DР_max = 800 кПа;

z - коэффициент участия горючей среды во взрыве, принимается для ЛВЖ и ГЖ, нагретых ниже температуры вспышки z = 0,3.

8. Рассчитать минимальное количество G паров ЛВЖ, при выделении которых в данном помещении создается горючая паровоздушная смесь. С учетом нижнего концентрационного предела воспламенения (НКПВ) G, кг, опре­делим по формуле

G = НКПВ× r_п ×V, (10)

где НКПВ принимаем равным j_н, t °;

r_п - плотность пара при расчетной температуре, кг/м³, определяется по формуле

(11)

 

где М - молекулярная масса ЛВЖ;

t - расчетная температура, принимается равной температуре воздуха в вытяжном шкафу;

P_h - давление насыщенных паров ЛВЖ, Па;

Р₀ - атмосферное давление, определяемое по барометру, Па;

V — объем помещения, (принимается по указанию преподавателя). Время t_в в течение которого образуется взрывоопасная смесь, определя­ется по формуле

(12)

где Vэ - экспериментально определенная скорость испарения, кг/ч.

9. Рассчитать давление насыщенных паров ЛВЖ при температурах, со­ответствующих НКПВ и ВКПВ (НП и ВП) по формулам

Р_НП (13)

(14)

Вычислить нижний и верхний температурные пределы воспламенения паров ЛВЖ, используя уравнение Антуана.

10. Определить категорию помещения по пожаровзрывной и пожарной опасности, сравнив экспериментально определенную массу Dm паров ЛВЖ, поступившую в помещение от источника испарения, с максимально возмож­ной m_max. Если Dm < m_max, то помещение непожаровзрывоопасно; если Dm > m_max то помещение пожаровзрывоопасно.

11. Сделать вывод, сравнив расчетные и табличные данные, с указанием причин несоответствия между ними.

 

Техника безопасности

При выполнении лабораторной работы необходимо выполнить следующие требования технике безопасности.

1. Работа с ЛВЖ выполнять только при включенной вентиляции (в вытяжном шкафу).

2. Не допускать разлива ЛВЖ. Если жидкость разлита, засыпать жидкость песком, собрать песок и вынести из лаборатории.

3. Оставшуюся ЛВЖ в раковину не сливать Ее сливают в специальную тару.

4. Соблюдать меры безопасности при работе со стеклянной тарой.

 

5 Контрольные вопросы

1. Концентрационные и температурные пределы воспламенения. Потери тепла и концентрационные пределы распространения пламени. Температурные пределы воспламенения. Горение жидкости. Понятия ЛВЖ и ГЖ.

2. Горение и взрывы пылей и пылевоздушных смесей. Горение аэровзвесей. Влияние мех. примесей и давления на взрыв взвесей. Горение твердых веществ, беспламенное и пламенное горение. Горение щелочных металлов.

3. Самовозгорание и классификация веществ склонных к самовозгоранию. Источники зажигания. Влияние объема, температуры, продолжения действия искры и силы их тока на воспламенение. Методы борьбы с образованием искры.